王祝來
摘 要:“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”是給水排水工程專業(yè)必修課之一,也是水處理教學(xué)的重要組成部分。提高本課程的教學(xué)水平是給水排水專業(yè)老師所面臨的重要任務(wù)之一。該文在前人對(duì)本課程教學(xué)改革的基礎(chǔ)上,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織與安排以及教學(xué)效果三個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)地探討,總結(jié)了一些教學(xué)方法,學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程的同時(shí),不僅使學(xué)生理論與實(shí)踐、綜合素質(zhì)得到了提高,也為學(xué)生以后就業(yè)和升學(xué)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞:水處理實(shí)驗(yàn) 教學(xué)模式 教學(xué)效果
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2013)03(a)-0-02
“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”是給水排水工程專業(yè)必修課之一,也是水處理教學(xué)的重要組成部分。通過本門課程的學(xué)習(xí)可以加深學(xué)生對(duì)水處理技術(shù)基本原理的理解,培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)和組織水處理實(shí)驗(yàn)方案以及分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)的初步能力,使學(xué)生掌握水處理實(shí)驗(yàn)的一般技能與實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備的基本操作,為學(xué)生以后參加水處理工作打下良好的基礎(chǔ)。
對(duì)于“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程的教學(xué)模式前人探討得不是很多。張可方[1]提出使學(xué)生在學(xué)習(xí)基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)的同時(shí),了解及掌握目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的水處理技術(shù),以開闊學(xué)生的視野和思路;張建昆[2]等人從加強(qiáng)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)工作、增開綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)工作態(tài)度等方面,探討了提高“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課堂教學(xué)質(zhì)量的具體措施;汪愛河[3]等人系統(tǒng)闡述了水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程教學(xué)改革的方向,并對(duì)該課程開展科學(xué)研究活動(dòng)、加大開放性實(shí)驗(yàn)的力度和改進(jìn)考核方法等問題進(jìn)行了探討;曹勇鋒[4]等人采取開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)嘗試,對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題、開展、效果等方面的做法進(jìn)行了探討。由此可見,前人對(duì)本門課程的教學(xué)方法的研究多從自己教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)出來適合自己的教學(xué)改革方法,筆者從這幾年的本門課程教學(xué)中以及在前人的基礎(chǔ)上也總結(jié)了些經(jīng)驗(yàn),得到了一些體會(huì)。
1 教學(xué)內(nèi)容
1.1 實(shí)驗(yàn)理論內(nèi)容
筆者所在學(xué)校采用的教材為吳俊奇、李燕城主編的“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”[5],實(shí)驗(yàn)理論包括以下幾部分內(nèi)容。
1.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
①實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本概念。
②單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)技術(shù):均分法與對(duì)分法,0.618法,分?jǐn)?shù)法。
③多因素正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì):正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),多指標(biāo)的正交實(shí)驗(yàn)及直觀分析。
1.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理
①實(shí)驗(yàn)誤差分析:測(cè)量值及誤差,直接測(cè)量值誤差分析,間接測(cè)量值誤差分析,測(cè)量?jī)x器精度的選擇。
②實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理:有效數(shù)字及其運(yùn)算,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可疑數(shù)據(jù)的取舍,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)整理計(jì)算舉例。
③數(shù)據(jù)處理:?jiǎn)我蛩胤讲罘治觯粚?shí)驗(yàn)方差分析,實(shí)驗(yàn)成果的表格、圖形表示法,回歸分析。
本門課程選用的教材基本涵蓋了水處理實(shí)驗(yàn)所要求的理論部分內(nèi)容,要求學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與誤差分析中的一些基本概念,掌握單因素實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、方差分析及離群數(shù)據(jù)處理,重點(diǎn)掌握多因素正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟及其方差分析方法,簡(jiǎn)單了解一元回歸分析方法。
1.2 實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容
在參照其他高校與上述教材的基礎(chǔ)上,筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容做了如下安排:基本水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定6項(xiàng),包括BOD、COD、SS、氨氮、總氮和總磷;給水處理3項(xiàng),包括過濾實(shí)驗(yàn)、離子交換軟化實(shí)驗(yàn)和混凝實(shí)驗(yàn);污水處理4項(xiàng),包括曝氣充氧實(shí)驗(yàn)、活性炭吸附實(shí)驗(yàn)、污泥比阻實(shí)驗(yàn)和生物濾池實(shí)驗(yàn);同時(shí)將混凝實(shí)驗(yàn)、活性炭吸附實(shí)驗(yàn)和污泥比阻實(shí)驗(yàn)選做為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。本門課程給水與污水處理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與其他高校相差無幾,但提出把BOD、COD、SS、氨氮、總氮和總磷作為基本水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定排在其他實(shí)驗(yàn)內(nèi)容前面,目的是考慮學(xué)生在水分析化學(xué)課程中并沒有設(shè)計(jì)到或者說不是十分熟悉這方面的內(nèi)容,為后續(xù)的給水和污水實(shí)驗(yàn)水質(zhì)分析做好理論和實(shí)踐上準(zhǔn)備;同時(shí)安排6項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定實(shí)驗(yàn)也是考慮到學(xué)生可能會(huì)參與到老師的科研活動(dòng)中,能很快投入進(jìn)去,熟悉水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定流程,可以節(jié)省很多時(shí)間以便于留更多時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,提高工作效率??紤]到課堂教學(xué)時(shí)間的局限性,生物實(shí)驗(yàn)只進(jìn)行一項(xiàng)生物濾池實(shí)驗(yàn),生物實(shí)驗(yàn)要求時(shí)間較長(zhǎng),實(shí)驗(yàn)裝置要經(jīng)久耐用,但筆者所在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室多為模型裝置,運(yùn)行時(shí)間稍長(zhǎng)一點(diǎn)就會(huì)損壞,同時(shí)時(shí)間長(zhǎng)也不符合學(xué)生作息特點(diǎn),學(xué)生本身課程較多,不宜增加學(xué)生負(fù)擔(dān)。
2 教學(xué)組織與安排
本課程教學(xué)計(jì)劃課時(shí)為64學(xué)時(shí),其中實(shí)驗(yàn)理論12學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)操作52學(xué)時(shí),13個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,3次理論課,13次實(shí)驗(yàn)課,共16次課。實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)方法采用課堂集中授課、理論與舉例相結(jié)合以及課后做習(xí)題進(jìn)行鞏固的常規(guī)教學(xué)方式,使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)理論主要內(nèi)容即實(shí)驗(yàn)方案的組織設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理理解深刻、記憶牢固,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)打下良好的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)操作部分將每班分為4個(gè)小組,每小組7~8個(gè)人,選出一組長(zhǎng),在每次實(shí)驗(yàn)之前對(duì)4個(gè)組長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)先講解與培訓(xùn)。目的是為了考慮水處理實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜性以及實(shí)驗(yàn)儀器操作熟練程度,以減輕教師在課堂上壓力。同時(shí)由于每次實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制,選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有的不能在實(shí)驗(yàn)課時(shí)之內(nèi)完成,所以要求學(xué)生要利用課余時(shí)間完成余下實(shí)驗(yàn),做到課前取好水樣、課中實(shí)驗(yàn)、課后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)直到完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的固定模式。由于每次做同一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所、藥品和裝置有所限制,不能同時(shí)開設(shè)多組同一個(gè)實(shí)驗(yàn),所以按照每班分的組數(shù)開設(shè)與組數(shù)相同的實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù),即同時(shí)開設(shè)4組實(shí)驗(yàn),4組學(xué)生在4組實(shí)驗(yàn)中循環(huán)交替進(jìn)行實(shí)驗(yàn),直到完全循環(huán)交替完成再進(jìn)行下一個(gè)4組實(shí)驗(yàn)交替循環(huán)。由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)的限制,在每次實(shí)驗(yàn)前要做好必要的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作,除了提前在校內(nèi)紫湖溪取樣外,還需提前讓實(shí)驗(yàn)員購(gòu)買全實(shí)驗(yàn)要用的藥品,同時(shí)讓學(xué)生提前配好藥品,調(diào)試好實(shí)驗(yàn)儀器以及準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)玻璃器皿等。
3 教學(xué)效果
3.1 理論與實(shí)踐相結(jié)合
實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)實(shí)施得好壞必須建立在扎實(shí)的基本理論上,學(xué)生對(duì)“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)后,將對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)成功與否起到舉足輕重的地位。從實(shí)驗(yàn)前的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理以及到最后出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,基本理論一直貫穿在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程當(dāng)中??梢哉f實(shí)驗(yàn)理論一直指導(dǎo)著實(shí)驗(yàn)課方向而實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容又在不斷驗(yàn)證專業(yè)理論與發(fā)現(xiàn)新技術(shù)、新理論,促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)課理論部分進(jìn)一步發(fā)展。通過不斷的探索與學(xué)習(xí)使學(xué)生在理論與實(shí)踐兩個(gè)環(huán)節(jié)都得到全面的發(fā)展。筆者學(xué)校水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)課程基本理論有3次課,共12課時(shí),學(xué)生采取課前預(yù)習(xí)、課堂聽課學(xué)習(xí)和課后做習(xí)題等學(xué)習(xí)模式,讓學(xué)生對(duì)理論課主要內(nèi)容要做到心中有數(shù),相當(dāng)熟悉的程度,特別是實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理方式要重點(diǎn)掌握,這對(duì)學(xué)生自己做實(shí)驗(yàn)和參與老師的科研項(xiàng)目都很有幫助。前期的這些理論內(nèi)容學(xué)習(xí)得好壞,直接關(guān)系到后續(xù)實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容特別是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行,而實(shí)驗(yàn)結(jié)果好壞,反過來既可以驗(yàn)證當(dāng)初實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理的正確性又可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)原理的正確性,這也同時(shí)反映了理論指導(dǎo)實(shí)踐、實(shí)踐驗(yàn)證理論的正確思想。
3.2 遵循循序漸進(jìn)的教學(xué)規(guī)律
本門課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排由易到難、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜,從開始的基本水質(zhì)測(cè)定方法,到接下來稍為復(fù)雜一點(diǎn)的給水處理實(shí)驗(yàn),最后進(jìn)行需要污泥培養(yǎng)接種、污水運(yùn)行調(diào)試的生物處理實(shí)驗(yàn)。筆者認(rèn)為這種循序漸進(jìn)的教學(xué)模式符合學(xué)生自身的特點(diǎn),水處理實(shí)驗(yàn)要綜合應(yīng)用到以前幾門課程內(nèi)容,特別是剛開始的水質(zhì)分析與前期學(xué)習(xí)到的水分析化學(xué)知識(shí)結(jié)合得比較緊密,所以水質(zhì)分析項(xiàng)目測(cè)定可以起到一個(gè)承上啟下的作用?;舅|(zhì)測(cè)定熟悉以后對(duì)后續(xù)的給水和污水處理實(shí)驗(yàn)是一個(gè)基本保障,使學(xué)生能全身心地投入到實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)處理上來。循序漸進(jìn)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排,既符合現(xiàn)代一般教學(xué)規(guī)律,又增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性,使學(xué)生由最初對(duì)水處理實(shí)驗(yàn)的模糊認(rèn)識(shí)到最終自己能獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)促進(jìn)課堂的教學(xué)效果起到了積極的作用。
3.3 重點(diǎn)帶出一片,提高課堂教學(xué)效果
水處理實(shí)驗(yàn)大多不是演示性實(shí)驗(yàn),而是要求學(xué)生每個(gè)人自己動(dòng)手操作??紤]到實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性,在每次實(shí)驗(yàn)之前利用課余時(shí)間對(duì)4個(gè)小組長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)先培訓(xùn),讓他們對(duì)下次課的內(nèi)容以及儀器使用方法熟悉一遍,然后各自帶領(lǐng)他們小組成員完成交給他們的任務(wù)。通過這樣的安排一方面可以減輕老師課堂上的壓力、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率,另一方面也可以建立起以小組長(zhǎng)為核心的實(shí)驗(yàn)小組,通過分工協(xié)作,使小組的每個(gè)成員都得到鍛煉,從而進(jìn)一步提高課堂教學(xué)效果。水處理實(shí)驗(yàn)需要操作環(huán)節(jié)、步驟比較多,要求小組成員分工協(xié)作、共同完成實(shí)驗(yàn)任務(wù),這就需要有一個(gè)負(fù)責(zé)人安排各個(gè)同學(xué)的工作,起到一個(gè)核心的作用。例如曝氣充氧實(shí)驗(yàn),需要做的工作有取樣、記錄時(shí)間、測(cè)溶解氧濃度、記錄數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理等,小組長(zhǎng)就要合理安排各個(gè)同學(xué)負(fù)責(zé)各項(xiàng)分工,同時(shí)起到一個(gè)總體協(xié)調(diào)的作用,最后能順利完成本次實(shí)驗(yàn)的任務(wù)。設(shè)立小組長(zhǎng)并不是指導(dǎo)老師不指導(dǎo)本次實(shí)驗(yàn),在每組實(shí)驗(yàn)開始前,指導(dǎo)老師都要詳細(xì)講解本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、操作步驟、注意事項(xiàng)等,實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí),指導(dǎo)老師要監(jiān)督學(xué)生的實(shí)驗(yàn)步驟,有錯(cuò)誤地方立即指出,實(shí)驗(yàn)最后指導(dǎo)老師還要審查實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對(duì)實(shí)驗(yàn)異常的數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生怎么分析問題所在。通過設(shè)立小組長(zhǎng)作為負(fù)責(zé)人,確實(shí)能起到重點(diǎn)帶出一片,提高了課堂教學(xué)
效果。
3.4 開拓了知識(shí)面
在基本水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定時(shí)采用的標(biāo)準(zhǔn)方法是國(guó)家環(huán)??偩种骶幍摹端蛷U水監(jiān)測(cè)分析方法》(第四版),該標(biāo)準(zhǔn)方法幾乎包括了所有關(guān)于水質(zhì)分析項(xiàng)目的內(nèi)容,使學(xué)生在學(xué)習(xí)了這些標(biāo)準(zhǔn)方法同時(shí)加深了對(duì)水處理的基本理論和基本概念的理解,拓寬了知識(shí)面。同時(shí)根據(jù)各個(gè)老師畢業(yè)高校的實(shí)驗(yàn)室儀器狀況,結(jié)合本校的實(shí)際情況購(gòu)買一些比較先進(jìn)又實(shí)用的實(shí)驗(yàn)儀器,學(xué)生在進(jìn)行課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)和參與各個(gè)老師科研項(xiàng)目時(shí)都能夠使用到,這就使得學(xué)生不僅接觸到本專業(yè)先進(jìn)儀器,學(xué)習(xí)到了操作步驟,而且對(duì)本領(lǐng)域的前沿知識(shí)也有所了解,為他們以后工作打下良好的基礎(chǔ)。
筆者所在學(xué)校每年都有優(yōu)本生培養(yǎng)計(jì)劃,具體是每個(gè)老師都可以帶2-3名優(yōu)本生,讓優(yōu)本生參與到各個(gè)老師的科研項(xiàng)目中來,學(xué)生在學(xué)習(xí)了《水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)》課程以后實(shí)驗(yàn)操作能力得到了很大的提高,為優(yōu)本生參與科研項(xiàng)目提供了有力保障,同時(shí)也為優(yōu)本生拓寬了視野,增加了知
識(shí)面。
3.5 綜合能力得到提高
學(xué)生所做的實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生全程參與,全程跟蹤,直到最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于本門課程課時(shí)的限制與實(shí)驗(yàn)條件的制約以及每小組至少要出一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),所以要求學(xué)生充分利用課堂時(shí)間自己動(dòng)手操作完成實(shí)驗(yàn),要能夠解釋并且解決在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種各樣問題。另外在實(shí)驗(yàn)過程中我們會(huì)用到以前專業(yè)基礎(chǔ)課方面的內(nèi)容,譬如水分析化學(xué)、給水工程、排水工程、微生物學(xué)等方面的內(nèi)容,這些都是對(duì)以前所學(xué)內(nèi)容的一次綜合性測(cè)驗(yàn),培養(yǎng)了學(xué)生的綜合專業(yè)技能以及初步的科研能力。
通過開設(shè)混凝、活性炭吸附和污泥比阻實(shí)驗(yàn)為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生具備自己獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以及獨(dú)立分析和解決問題能力,學(xué)生要綜合運(yùn)用到“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程內(nèi)容和以及前面提到的專業(yè)基礎(chǔ)課內(nèi)容,對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)要做到合理安排、操作正確和數(shù)據(jù)合理等要求,開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不僅使學(xué)生對(duì)以前所學(xué)專業(yè)知識(shí)有了綜合靈活應(yīng)用,同時(shí)也使學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流等綜合素質(zhì)得到了很大的提高,培養(yǎng)了實(shí)事求是的科研工作作風(fēng),為學(xué)生以后畢業(yè)工作和深造打下了堅(jiān)實(shí)的
基礎(chǔ)。
“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程是給水排水專業(yè)的必修課之一,是給水排水專業(yè)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分。該課程內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)操作兩部分,實(shí)驗(yàn)理論是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的前提保障,實(shí)驗(yàn)操作同時(shí)反過來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)理論的正確性。在課堂教學(xué)過程中采取循序漸進(jìn)的教學(xué)方法,能夠起到很好的教學(xué)效果。
通過設(shè)立小組長(zhǎng)作為負(fù)責(zé)人,既減輕了指導(dǎo)老師的負(fù)擔(dān),又有了重點(diǎn)帶出一片教學(xué)效果。學(xué)生在學(xué)完本課程以后參與到老師的科研項(xiàng)目中來,既鍛煉自己的綜合能力,又增加了知識(shí)面,拓寬了視野。
在學(xué)習(xí)本課程中要運(yùn)用到與本專業(yè)相關(guān)的一些課程知識(shí)以及通過開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),使學(xué)生不僅對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)能綜合運(yùn)用而且又使學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流等綜合素質(zhì)得到了很大的提高??傊?,“水處理實(shí)驗(yàn)技術(shù)”課程教學(xué)模式的研究及探討,是給水排水專業(yè)人才培養(yǎng)的需要,隨著教學(xué)改革的不斷深入,筆者相信會(huì)有更多更好的教學(xué)方法摸索出來,為培養(yǎng)新世紀(jì)高質(zhì)量的人才我們共同努力奮斗。
參考文獻(xiàn)
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科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)2013年7期